专利名称：模拟导航卫星反射信号的发生装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模拟信号的发生装置，更特别地说，是指一种用于模拟导航卫星 信号经由反射面或反射体后的变化情况的反射信号发生装置。
背景技术：
利用全球导航卫星系统(GNSS)的反射信号进行反演海洋风场，在美国、 欧洲和中国已经做了大量的试验，并得到了初步的应用。随着欧洲伽利略导航卫 星系统(GALILEO)、中国北斗系统的建设以及俄罗斯全球轨道导航卫星系统
(GLONASS)的现代化进程，越来越多的应用需要利用导航卫星的反射信号， 以构成双基无源雷达系统，反演反射面或反射体的物理参数，如海面风场(含风 速、风向)、地面湿度、盐碱度、空间飞行器反射率等。但是，对于可接收导航 卫星反射信号的接收机开发，缺乏一种必要的调试、测试、验证手段，以至于开 发出来的接收机只能到现场测试，从而提高了系统开发的成本。现有的GPS信 号发生器对于反射信号的产生能力欠缺，仅可以产生少数的多径干扰信号，与反 射面以及反射体所反射的信号有很大的不同之处。 发明 内 容
基于上述的缺陷，本发明提供一种模拟导航卫星反射信号的发生装置，该装置包 括有一公知计算机、导航信息模块、中频信号产生模块和射频模块，是一种用于模拟 导航卫星信号经由反射面或反射体后的变化情况，并根据接收机运行轨迹的变化产生 反射信号的传播时延和多普勒频移。本发明模拟导航卫星反射信号的发生系统可用于 测试延迟映射接收机(机载或星载)，为海洋遥感器的开发、全球导航卫星系统反射 信号的利用提供一种新型的测试手段。
本发明是一种模拟导航卫星反射信号的发生装置，包括有一公知计算机、天线、 导航信息模块(3)、中频信号产生模块和射频模块(2)，导航信息模块(3)、中频 信号产生模块存储在所述计算机的存储器中；中频信号产生模块包括有扩频调制器
(1)、码数字控制振荡器(4)、载波数字控制振荡器(5)、码延迟产生器(6)和多 普勒频移产生器(7);
所述导航信息模块(3) —方面用于生成包含有导航卫星轨道数据和导航卫星时 钟数据的卫星星历(31);另一方面用于生成接收机在动态环境下的轨迹参数(32); 该轨迹参数(32)包括有导航卫星接收机的位置，导航卫星接收机运行时的速度以 及加速度；
码延迟产生器(6)用于将接收的卫星星历(31)计算出伪随机码的延迟时间(61) 输出码数字控制振荡器(4);
多普勒频移器(7)用于将接收的轨迹参数(32)计算出接收机接收到的信号载 波的多普勒频移值(71)输出给载波数字控制振荡器(5);
载波数字控制振荡器(5)根据接收的信号载波的多普勒频移值(71)生成中频 载波(51)输出给扩频调制器(1);
码数字控制振荡器(4)根据接收的延迟时间(61)生成伪随机码(41)输出给 扩频调制器(1);
扩频调制器(1)根据接收的伪随机码(41)和中频载波(51)进行调制，为导 航信息模块(3)中采集的卫星生成一个具有载波频率的中频信号(11),该载波频 率中频信号(11)作为射频模块(2)的信息输入；
射频模块(2)用于将接收的载波频率中频信号(11)上变频为射频信号(21) 后输出至天线，并由天线以电磁波的形式发送出去。
本发明模拟导航卫星反射信号发生装置通过引入卫星星历、接收机运行时的动态 环境轨迹参数进行调制获得中频信号；对中频信号进行变频处理得到射频信号输出。 本发明反射信号发生装置解决了现有接收机只能到现场进行调试、测试、验证的缺陷。
图1是本发明导航卫星反射信号产生装置的结构框图。
图2A是本发明射频模块中本振模块电路的电路原理图。
图2B是本发明射频模块中模拟上变频电路的电路原理图。
具体实施例方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。参见图1所示，本发明是一种用于模拟导航卫星反射信号的发生装置，该反射
信号发生装置包括有一台公知计算机、导航信息模块3、中频信号产生模块和射频模 块2，导航信息模块3、中频信号产生模块存储在公知计算机的存储器(硬盘)中。 导航信息模块3、中频信号产生模块采用Visual 。++6.0语言编写。在本发明中， 公知计算机的最低配置为CPU 2DHz，内存2GB,硬盘120GB;操作系统为 windows 2000/2003/XP。
所述导航信息模块3 —方面用于生成包含有导航卫星轨道数据和导航卫星时钟 数据的卫星星历31;另一方面用于生成接收机在动态环境下的轨迹参数32;该轨迹 参数32包括有导航卫星接收机的位置，导航卫星接收机运行时的速度以及加速度。 在本发明中，卫星星历31是利用北京航空航天大学研制并投入实际工作中的DDMR 一1型接收机连续工作24小时，完整的搜集星座内各颗导航卫星的导航电文，并对 电文进行解调(先进行正交调制，然后进行合路处理)得到各导航卫星的一组星历参 数(一种存储在计算机内的文件格式)，以此星历参数为基础推算出任意时刻导航卫 星的轨道数据和星钟数据。
中频信号产生模块包括有扩频调制器1、码数字控制振荡器4、载波数字控制振 荡器5、码延迟产生器6和多普勒频移产生器7;
码延迟产生器6用于将接收的卫星星历31计算出伪随机码的延迟时间61输出 码数字控制振荡器4;
多普勒频移器7用于将接收的轨迹参数32计算出接收机接收到的信号载波的多 普勒频移值71输出给载波数字控制振荡器5;
载波数字控制振荡器5根据接收的信号载波的多普勒频移值71生成中频载波 51输出给扩频调制器1;
码数字控制振荡器4根据接收的延迟时间61生成伪随机码41输出给扩频调制
器l;
扩频调制器1根据接收的伪随机码41和中频载波51进行调制，为导航信息模 块3中采集的卫星生成一个具有载波频率的中频信号11,该载波频率中频信号11 作为射频模块2的信息输入。所述波频率中频信号11可以在模拟域，也可以在数字 域完成。
射频模块2用于将接收的载波频率中频信号11上变频至射频信号21后输出至 天线，并由天线以电磁波的形式发送出去。
在本发明中，参见图2A、图2B所示，射频模块2由本振电路和模拟上变频电 路组成。
其中本振电路中的各端子联接为鉴相器U1 (ADF4153芯片)的l端通过电 阻R47接地；2端与压控振荡器U2 (V602ME26芯片)的1端联接，且2端串联 电容C50后接地，2端串联电阻R45和电容C46后接地，2端串联电阻R44和电 容C44后接地；3端接地；4端接地；5端串联电容C47后接地；6端与压控振荡 器U2的2端之间顺次联接有电容C45、电阻R43、电阻R42,且6端顺次通过电 容C45、电阻R43、电阻R41后与第一变压器T1的1端；7端通过电感L12耦合 到15端，且7端接供电电平+3V， +3￥供电电平与地之间并联有滤波电容048、 电容C49; 8端经电阻R46与晶振M3 (10M_SMA时钟芯片)联接；9端接地； 10端并联电容C52、电容C54后接地；14端通过串联电阻R48、电容C55后接 地，且14端通过串联R48、电阻R49后接供电电平+3V， 14端通过串联R48、发 光二极管D1、电阻R58后接地；15端通过并联电容C51和电容C53后接地；16 端接供电电平+5V， +5￥供电电平与地之间并联有滤波电容(31、电容C2。
压控振荡器U2 (V602ME26芯片)的3端接供电电平+5V， +5￥供电电平与 地之间并联有滤波电容C42、电容C43。
其中模拟上变频电路中的各端子联接为模拟上变频芯片U1 (AD8346芯片) 的1端经电容C9联接在第二变压器T2的3端，且1端通过串联电阻Rl、电阻R2 后接供电电平+5V， 1端通过串联电阻R4后接地；2端经电容C6联接在第二变压 器T2的5端，且2端通过串联电阻R3、电阻R1后接供电电平+5V, 2端通过串 联电阻R5后接地；3端、4端、9端、10端、13端、14端分别接地；5端经电容 C3后联接在第一变压器Tl的3端；6端经电容C4后联接在第一变压器Tl的5 端；8端与7端相联，且7端联接到供电电平+5V上，+5￥供电电平与地之间并联 有电容C7、电容C10; 11端经电容C13后与滤波器U4 (SF1186B芯片)的2 端联接；12端接供电电平+5V, +5￥供电点平与地之间并联有电容(:16、电容C17; 15端经电容C15联接在第三变压器T3的3端，且15端通过串联电阻R6、电阻
Rl后接供电电平+5V， 15端通过串联电阻R8后接地；16端经电容C12联接在第 三变压器T3的5端，且16端通过串联电阻R7、电阻Rl后接供电电平+5V， 16 端通过串联电阻R9后接地；
滤波器U4 (SF1186B芯片)的5端与天线联接，天线将滤波器U4后的射频 信号21以电磁波的形式发送出去；l端、3端、4端和6端分别接地。
第一变压器T1的1端与鉴相器U1 (ADF4153芯片)的2端联接，2端经电 容C18接地，3端经电容C3与模拟上变频芯片U1 (AD8346芯片)的5端联接， 4端接地，5端经电容C4与模拟上变频芯片U1 (AD8346芯片)的6端联接。模 拟上变频芯片Ul的5端、6端与第一变压器T1耦合。
第二变压器T2的1端经电容C8后与计算机的一串口联接，2端经电容C5接 地，3端经电容C9与模拟上变频芯片U1 (AD8346芯片)的1端联接，4端接地， 5端经电容C6与模拟上变频芯片U1 (AD8346芯片)的2端联接。模拟上变频芯 片Ul的1端、2端与第二变压器T2耦合。
第三变压器T3的1端经电容C14后与计算机的另一 串口联接，2端经电容C11 接地，3端经电容C15与模拟上变频芯片U1 (AD8346芯片)的15端联接，4端 接地，5端经电容C12与模拟上变频芯片U1 (AD8346芯片)的16端联接。模拟 上变频芯片Ul的15端、15端与第三变压器T3耦合。
本发明的信号发生装置可以模拟不同风场条件下海面的反射信号特征及其功率； 也可模拟船只、舰艇、空间飞行器等移动目标对导航卫星信号的反射。
权利要求
1、一种模拟导航卫星反射信号的发生装置，包括有一公知计算机、天线，其特征在于还包括有导航信息模块(3)、中频信号产生模块和射频模块(2)，导航信息模块(3)、中频信号产生模块存储在所述计算机的存储器中；中频信号产生模块包括有扩频调制器(1)、码数字控制振荡器(4)、载波数字控制振荡器(5)、码延迟产生器(6)和多普勒频移产生器(7)；所述导航信息模块(3)一方面用于生成包含有导航卫星轨道数据和导航卫星时钟数据的卫星星历(31)；另一方面用于生成接收机在动态环境下的轨迹参数(32)；该轨迹参数(32)包括有导航卫星接收机的位置，导航卫星接收机运行时的速度以及加速度；码延迟产生器(6)用于将接收的卫星星历(31)计算出伪随机码的延迟时间(61)输出码数字控制振荡器(4)；多普勒频移器(7)用于将接收的轨迹参数(32)计算出接收机接收到的信号载波的多普勒频移值(71)输出给载波数字控制振荡器(5)；载波数字控制振荡器(5)根据接收的信号载波的多普勒频移值(71)生成中频载波(51)输出给扩频调制器(1)；码数字控制振荡器(4)根据接收的延迟时间(61)生成伪随机码(41)输出给扩频调制器(1)；扩频调制器(1)根据接收的伪随机码(41)和中频载波(51)进行调制，为导航信息模块(3)中采集的卫星生成一个具有载波频率的中频信号(11)，该载波频率中频信号(11)作为射频模块(2)的信息输入；射频模块(2)用于将接收的载波频率中频信号(11)上变频为射频信号(21)后输出至天线，并由天线以电磁波的形式发送出去。
2、 根据权利要求1所述的模拟导航卫星反射信号的发生装置，其特征在于射频模 块(2)由本振电路和模拟上变频电路组成；本振电路中的鉴相器选取ADF4153 芯片，压控振荡器选取V602ME26芯片；模拟上变频电路中的模拟上变频芯片 选取AD8346芯片、滤波器选取SF1186B芯片、三个放大器选取ETC1-1-13 型变压器；本振电路中的各端子联接为鉴相器U1的1端通过电阻R47接地；2端与压 控振荡器U2的l端联接，且2端串联电容C50后接地，2端串联电阻R45和电容 C46后接地，2端串联电阻R44和电容C44后接地；3端接地；4端接地；5端串 联电容C47后接地；6端与压控振荡器U2的2端之间顺次联接有电容C45、电阻 R43、电阻R42,且6端顺次通过电容C45、电阻R43、电阻R41后与第一变压 器T1的l端；7端通过电感L12耦合到15端，且7端接供电电平+3V, +3￥供电 电平与地之间并联有滤波电容C48、电容C49; 8端经电阻R46与晶振M3联接； 9端接地；10端并联电容C52、电容C54后接地；14端通过串联电阻R48、电容 C55后接地，且14端通过串联R48、电阻R49后接供电电平+3V， 14端通过串联 R48、发光二极管D1、电阻R58后接地；15端通过并联电容C51和电容C53后 接地；16端接供电电平+5V， +5V供电电平与地之间并联有滤波电容C1、电容C2; 压控振荡器U2的3端接供电电平+5V，+5V供电电平与地之间并联有滤波电容C42、 电容C43;其中模拟上变频电路中的各端子联接为模拟上变频芯片Ul的1端经电容C9 联接在第二变压器T2的3端，且1端通过串联电阻Rl、电阻R2后接供电电平+5V， 1端通过串联电阻R4后接地；2端经电容C6联接在第二变压器T2的5端，且2 端通过串联电阻R3、电阻R1后接供电电平+5V， 2端通过串联电阻R5后接地；3 端、4端、9端、10端、13端、14端分别接地；5端经电容C3后联接在第一变压 器T1的3端；6端经电容C4后联接在第一变压器T1的5端；8端与7端相联， 且7端联接到供电电平+5V上，+5￥供电电平与地之间并联有电容07、电容C10; 11端经电容C13后与滤波器U4的2端联接；12端接供电电平+5V，十5V供电点 平与地之间并联有电容C16、电容C17; 15端经电容C15联接在第三变压器T3 的3端，且15端通过串联电阻R6、电阻R1后接供电电平+5V， 15端通过串联电阻R8后接地；16端经电容C12联接在第三变压器T3的5端，且16端通过串联 电阻R7、电阻R1后接供电电平+5V， 16端通过串联电阻R9后接地；滤波器U4 的5端与天线联接，天线将滤波器U4后的射频信号21以电磁波的形式发送出去； l端、3端、4端和6端分别接地；第一变压器Tl的1端与鉴相器Ul的2端联接，2端经电容C18接地，3端经 电容C3与模拟上变频芯片U1的5端联接，4端接地，5端经电容C4与模拟上变 频芯片U1的6端联接；第二变压器T2的1端经电容C8后与计算机的一串口联接，2端经电容C5接 地，3端经电容C9与模拟上变频芯片Ul的1端联接，4端接地，5端经电容C6 与模拟上变频芯片Ul的2端联接；第三变压器T3的1端经电容C14后与计算机的另一串口联接，2端经电容C11 接地，3端经电容C15与模拟上变频芯片的15端联接，4端接地，5端经电容C12 与模拟上变频芯片Ul的16端联接。
3、 根据权利要求1所述的模拟导航卫星反射信号的发生装置，其特征在于所述波 频率中频信号(11)为模拟域，或者为数字域。
4、 根据权利要求1所述的模拟导航卫星反射信号的发生装置，其特征在于导航信 息模块(3)、中频信号产生模块采用Visual 0++6.0语言编写。
全文摘要
本发明公开了一种模拟导航卫星反射信号的发生装置，包括有一公知计算机、天线、导航信息模块(3)、中频信号产生模块和射频模块(2)，导航信息模块(3)、中频信号产生模块存储在所述计算机的存储器中；中频信号产生模块包括有扩频调制器(1)、码数字控制振荡器(4)、载波数字控制振荡器(5)、码延迟产生器(6)和多普勒频移产生器(7)；本发明是一种用于模拟导航卫星信号经由反射面或反射体后的变化情况，并根据接收机运行轨迹的变化产生反射信号的传播时延和多普勒频移。本发明信号发生装置可用于测试延迟映射接收机，为海洋遥感器的开发、全球导航卫星系统反射信号的利用提供一种新型的测试手段。
文档编号G01S7/282GK101349749SQ20081011992
公开日2009年1月21日 申请日期2008年9月10日 优先权日2008年9月10日
发明者波 张, 张其善, 杨东凯, 勇 路 申请人:北京航空航天大学